淺談某輕卡前輪轂漏油問題

丁 盼

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺談某輕卡前輪轂漏油問題

丁 盼

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了某輕卡前輪轂漏油原因分析及整改驗證措施，減少了輪轂漏油故障的出現(xiàn)，提升了車輛前軸旋轉(zhuǎn)件的使用壽命以及行車安全性能。

前輪轂；漏油；油封；油封座；輪轂軸承

CLC NO.:U472.4Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-107-04

引言

前輪轂是輕卡連接車輪和車軸的重要部件，在車輛行駛過程中，輪轂內(nèi)部軸承及油封等零部件高速旋轉(zhuǎn)，輪轂內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件應(yīng)該有較好的潤滑，防止旋轉(zhuǎn)部件溫度過高及過快磨損。

前輪轂漏油是輕卡前軸常見問題，其中前輪轂內(nèi)側(cè)漏油最為常見。前輪轂內(nèi)側(cè)滲出的油液如果進入制動鼓內(nèi)部，可能嚴重影響車輛制動性能，帶來極大的安全隱患。而且輪轂內(nèi)腔潤滑脂流失將降低輪轂軸承潤滑效果，增大軸承系統(tǒng)發(fā)熱量，加速軸承磨損，不僅會降低軸承使用壽命，還會導(dǎo)致輪轂內(nèi)腔壓力升高，一旦超過油封許用壓力，油封密封效果將急劇變差，使得輪轂內(nèi)各旋轉(zhuǎn)件使用工況變得更為惡劣。

本文通過對某輕型前輪轂漏油現(xiàn)象的調(diào)查分析，找出漏油的原因，并在實車上整改驗證，在一定程度上減少了輪轂內(nèi)側(cè)漏油現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1、輕卡前輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)

1.1 前輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)唇形油封與油封座密封結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便可靠，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)輕、中、重卡前輪轂內(nèi)側(cè)密封。本文介紹一種常見的輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 鼓式前橋輪轂結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

輪轂油封與油封座過盈配合，起到靜態(tài)密封油液的作用。車輛行駛過程中，油封繞油封座旋轉(zhuǎn)，根據(jù)文獻[1]的研究，油封唇口與油封座接觸區(qū)域?qū)a(chǎn)生一層很薄的潤滑油膜，可以減小油封唇口與油封座的摩擦，減緩橡膠的老化和磨損。同時由于唇形旋轉(zhuǎn)油封存在泵吸效應(yīng)，油封在旋轉(zhuǎn)過程中泄露的油液將會從空氣側(cè)泵回到輪轂內(nèi)腔油側(cè)，起到動態(tài)密封油液的作用。

2、故障現(xiàn)象調(diào)查

2.1 故障車輛調(diào)查與拆解

試驗場反饋整車在道路試驗過程中，某型號前橋出現(xiàn)批量漏油現(xiàn)象，漏油現(xiàn)象如圖2所示。批量漏油的車輛試驗路況及試驗里程如表1所示，其中下劃線標記的部分為試驗車輛首次漏油試驗道路類型及試驗里程。從故障車輛中選取了一臺漏油較為嚴重的車輛，將前橋總成拆解分析，對關(guān)鍵零部件尺寸進行檢測。

圖2 車輛漏油故障

表1 車輛漏油里程統(tǒng)計

2.2 故障件檢測分析

對油封、油封座、潤滑脂及軸承進行分析，其中油封關(guān)鍵尺寸檢測結(jié)果如表2所示：

表2 油封關(guān)鍵尺寸檢測

拆下油封座之后，發(fā)現(xiàn)油封座外圓柱面出現(xiàn)了一道明顯的環(huán)形溝槽，油封座檢測結(jié)果見表 3，發(fā)現(xiàn)油封座的內(nèi)圓柱面磨損異常，外圓柱面硬度異常。

表3 油封座關(guān)鍵尺寸檢測

對故障軸承進行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)外軸承內(nèi)圈及端面出現(xiàn)了不同程度的磨損，故障輪轂軸承拆解見圖3、圖4，圖5為淬火回火組織照片。

圖3 輪轂外軸承拆解

圖4 輪轂內(nèi)軸承拆解

圖5 淬火回火組織照片

轉(zhuǎn)向節(jié)檢測結(jié)果如表4所示，可見轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑有不同程度的磨損。

表4 轉(zhuǎn)向節(jié)主要尺寸檢測結(jié)果

拆解前橋后發(fā)現(xiàn)油脂呈現(xiàn)變黑，稀化現(xiàn)象，抽取油脂進行分析，圖6為潤滑脂稠化劑紅外光譜圖，圖6頂部曲線為新油脂紅外光譜圖，從光譜圖上看，現(xiàn)場提取的油脂稠化劑結(jié)構(gòu)與新脂一致，說明三個樣品稠化劑結(jié)構(gòu)沒有因為高溫氧化、剪切而被破壞。樣品中鐵、鈣元素較新脂大幅增加，詳見表5；潤滑脂性能檢測結(jié)果詳見表6，潤滑脂的稠度大幅降低。

圖6 稠化劑紅外光譜圖

表5 潤滑脂元素分析報告

表6 潤滑脂性能檢測報告

3、FTA分析

對于輪轂內(nèi)側(cè)漏油現(xiàn)象，根據(jù)故障前橋拆解數(shù)據(jù)，主要從以下幾個方面對分析輪轂漏油的原因。

圖7

4、原因排查

4.1 油封唇口異常磨損

經(jīng)過對生產(chǎn)現(xiàn)場油封供貨狀態(tài)確認，油封成品件在主副唇口之間均勻涂附了一圈潤滑脂，如圖7所示，拆解油封過程中，發(fā)現(xiàn)故障油封上潤滑脂附著良好，不存在潤滑不良的情況。對故障前橋油封座表面粗糙度進行檢測，表3檢測結(jié)果顯示油封座粗糙度符合設(shè)計要求，外圓柱面硬度不達標，耐磨性能變差，導(dǎo)致油封座外圓柱面出現(xiàn)了一道明顯的環(huán)形溝槽，增大了油封唇口與油封座接觸面積，加速唇口的磨損。

在后續(xù)同型號試驗車輛前橋裝配前，抽取同批次油封座進行硬度檢測，硬度≥HRC58，滿足設(shè)計要求，如圖 10所示。裝橋后進行高速環(huán)道試驗，試驗里程如表7所示，發(fā)現(xiàn)該批次車型在試驗里程內(nèi)無漏油現(xiàn)象出現(xiàn)。將上述3臺車輛油封及油封座換下，發(fā)現(xiàn)油封座表面無環(huán)形溝槽，對油封及油封座關(guān)鍵尺寸進行檢測，結(jié)果如表8、表9所示，發(fā)現(xiàn)油封主唇口存在磨損，且磨損隨著里程增加而變大，但在符合要求范圍內(nèi)，油封座內(nèi)圈無明顯磨損，因此可以判定，油封座硬度不達標是油封唇口磨損以及潤滑脂泄露的一個重要影響因素。

圖7

圖8

表7 試驗道路類型及里程統(tǒng)計

表8 油封尺寸檢測

表9 油封座尺寸檢測

4.2 油脂稀化變質(zhì)

目前使用的潤滑脂許用溫度范圍在-20℃～160℃，抽取裝配同型號前橋的某臺試驗車輛進行了溫度測試，測試車速與試驗車速保持一致，具體要求如下：

（1）高速環(huán)道，車速90-100km/h，行駛30km；

（2）強化路，車速30-40km/h，行駛30km；

（3）山路，車速30-40km/h，行駛30km。

采用點溫計對輪轂內(nèi)腔溫度進行測量，測量點位置為輪轂內(nèi)腔，（1）、（2）、（3）組成一個循環(huán)，每臺車輛測試三個循環(huán)，其中輪轂內(nèi)腔測試溫度數(shù)據(jù)如圖9所示，通過溫度測試數(shù)據(jù)可以看出，同一個循環(huán)內(nèi)輪轂內(nèi)腔平均溫度山路最高，高速環(huán)道最低，且均在潤滑脂許用溫度范圍內(nèi)。

油脂檢測結(jié)果顯示潤滑脂稠化劑結(jié)構(gòu)沒有被破壞，但稠度降低。從溫度測試數(shù)據(jù)來看，可以排輪轂溫度對潤滑脂的影響，從潤滑脂元素分析表中可以看出，潤滑脂鐵元素含量急劇增加，鈣元素含量異常。輪轂、輪轂軸承、油封及油封座均不含鈣元素，潤滑脂本身鈣元素含量極低，因此判斷外界雜質(zhì)進入輪轂內(nèi)腔導(dǎo)致鈣元素含量異常。對輪端零部件鈣元素調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制動蹄片含有鈣元素，化驗制動蹄片粉末以及樣品油脂，發(fā)現(xiàn)樣品中含有制動蹄片粉末，可以確定鈣元素來自制動蹄片磨損后產(chǎn)生的粉末。

抽取上述3臺試驗車輛潤滑脂進行檢測分析，元素含量及性能如表10、表11所示，可以發(fā)現(xiàn)，當油封座以及油封無異常磨損時，潤滑脂中鈣元素含量極低，稠度下降較小，性能衰減大大低于故障前橋中的潤滑脂，因此可以判斷潤滑脂稠度降低的原因為，油封唇口及油封座磨損后，制動蹄片磨損產(chǎn)生的粉末進入輪轂內(nèi)腔，導(dǎo)致潤滑脂加速氧化，稠度降低，加重油脂泄露。

圖9 輪轂內(nèi)腔溫度測試數(shù)據(jù)

表10

表11

4.3 油封座圈磨損

從故障油封座的檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)配合面磨損較為嚴重，故障油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)的配合面單邊間隙已達到 0.07mm，表明油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑存在比較嚴重的相對運動，油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的主要原因如下：

首先，該型前橋油封座通過內(nèi)圓柱面與轉(zhuǎn)向節(jié)配合，無徑向限位措施，試驗車輛在強化路面沖擊的情況下，油封座產(chǎn)生輕微的徑向往復(fù)運動，導(dǎo)致結(jié)合面磨損。

其次，對輪轂軸承檢測發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈有較為嚴重的微動磨損，與軸承配合的轉(zhuǎn)向節(jié)也有較大磨損。原因是車輛通過強化路面時，軸承受到較大的沖擊，軸承內(nèi)圈產(chǎn)生微動，隨著試驗里程增加，軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑磨損加?。煌ㄟ^對輪轂內(nèi)外軸承進行受力分析發(fā)現(xiàn)，車輛滿載狀態(tài)下，輪轂內(nèi)軸承端面作用在油封座上的軸向力大致在3000N左右，輪轂外軸承作用在輪端鎖緊螺母上的力為 800N，軸承內(nèi)圈微動時，輪轂內(nèi)軸承將帶動油封座轉(zhuǎn)動，加劇油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)磨損，輪轂外軸承將與鎖片產(chǎn)生微動磨損。從故障前輪轂拆解結(jié)果看，油封座與輪轂內(nèi)軸承接觸面產(chǎn)生了較大的磨損，其中軸承端面永久性標志已被嚴重磨損，輪轂外軸承鎖片端面也產(chǎn)生了明顯的磨損，上述現(xiàn)象表明輪轂軸承內(nèi)圈存在較為嚴重的微動磨損。

隨著微動磨損加劇，油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)之間配合變?yōu)殚g隙配合，密封效果急劇下降，潤滑脂稀化以及內(nèi)腔溫度升高的情況下，油脂很從油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)配合面的縫隙中漏出。

經(jīng)過與軸承供應(yīng)商交流研討，對軸承裝配現(xiàn)場確認，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場裝配輪端鎖緊螺母時，未充分轉(zhuǎn)動輪轂，出現(xiàn)了對鎖緊螺母假定扭的情況，現(xiàn)場選取六臺同類型前橋，對輪端鎖緊螺母按照要求裝配鎖緊螺母，螺母裝配過程中充分轉(zhuǎn)動輪轂后再進行定扭。然后進行強化路試驗，試驗里程如表12所示，從試驗結(jié)果看，鎖緊螺母定扭后，車輛強化路漏油里程提高到 12000km，遠遠超過強化路試驗規(guī)定的試驗的8000km，拆下車輛油封座進行檢測，檢測結(jié)果如表13所示，可見鎖緊螺母定扭后，輪轂軸承微動磨損大幅降低，但由于強化路面沖擊較大，仍然存在軸承內(nèi)圈微動磨損的情況，無法避免?？紤]到車輛在用戶實際使用過程中，路況遠好于試驗場的強化路況，因此控制好油封座的質(zhì)量以及輪端鎖緊螺母扭矩，可以大幅減少漏油故障的發(fā)生。

表12

表13

5、結(jié)論

通過對某輕卡前輪轂漏油情況調(diào)研及系統(tǒng)分析，確認輪轂漏油的主要原因為油封座硬度不達標以及輪轂軸承鎖緊螺母出現(xiàn)了假定扭，逐一驗證，確認輪轂漏油的根本原因，并對輪端密封性能進行改善提升，大大降低了前輪轂漏油情況的發(fā)生。本文研究前輪轂漏油的方法可以逐步應(yīng)用其他車型輪轂漏油故障的處理。

[1] 趙良舉,蘇曉燕,杜長春,等.旋轉(zhuǎn)唇形油封泵吸效應(yīng)及影響因素分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,34(12):1782-1786.

[2] 江淮汽車集團研發(fā)中心.江淮輕型卡車設(shè)計規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006年6月.

[3] 李柱國.機械設(shè)計與理論.北京:科學(xué)出版社,2003.

[4] 王望予.汽車設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社,2000.

[5] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社.2010.

Introduction to a wheel hub oil leakage problem before light trucks D look forward to

Ding Pan
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper introduces the analysis of factors that lead to oil leak of front hub in light truck and solutions, reducing oil spilling , lengthening the service life of rotating parts in front axle and improving the vehicle safety.

front hub; oil leak; oil seal; oil seal pedestal; hub bearing

U472.4

A

1671-7988 (2017)06-107-04

丁盼，就職于江淮汽車技術(shù)中心輕型商用車研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.037